KR20100136417A - 라디언트 튜브 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 직관부 및 곡관부를 포함하는 라디언트 튜브는, 상하로 배치된 2개의 직관부들을 서로 연결하여 상기 직관부들의 온도 편차에 따른 변형을 상,하 및 좌, 우로 흡수할 수 있는 랩 조인트 타입의 연결지지대를 포함한다.
이와 같이 랩 조인트 타입의 연결지지대에 의해 상하 직관부들을 서로 연결시키면, 상부 직관부가 하부 직관부를 끌어올리는 작용을 하게 되어 중량 분산이 효율적으로 이루어질 수 있다.

Description

라디언트 튜브{RADIANT TUBE}
본 발명은 라디언트 튜브에 관한 것으로, 보다 구체적으로 상하로 배치된 2개의 직관부들을 서로 연결하여 직관부들의 온도 편차에 따른 변형을 상, 하 및 좌, 우로 흡수할 수 있는 랩 조인트(Lap Joint) 타입의 연결지지대를 포함하는 라디언트 튜브에 관한 것이다.
일반적으로 라디언트 튜브(radiant tube)를 사용하는 열처리로는 복수의 라디언트 튜브를 내부에 설치하고, 각각의 라디언트 튜브의 일측에 장착된 버너가 연료가스를 연소시키게 되고, 이때 각각의 라디언트 튜브내에서는 연료가스의 연소, 가열 및 환원현상이 이루어짐으로써 열이 발생되며, 이러한 열은 라디언트 튜브의 외부로 복사되어 열처리로의 내부 온도를 상승시켜서 생산제품의 열처리 작업을 실행하게 되는 것이다.
복사를 이용한 방사관(radiant tube)의 구성은 직관부와 곡관부로 나뉘며, 관의 제조 방법에 따라 원심주조 방식을 이용하여 제작되는 주물제품과 판형 자재를 롤링과 벤딩 공정후 용접 방식을 이용하여 제작되는 용접제품으로 나뉘며, 재질에 따라 Ni, Cr 합금 또는 Ni, Cr, W 합금으로 나뉠 수 있다.
실제 현장에서 라디언트 튜브는 Ni/Cr 합금의 UNS N06601 과 MORE 1, 2로 불리우는 재질이 각각 용접방식과 주조방식으로 제작 설치 운전되고 있다. 여기서, UNS NO6601은 C : 0.1이하, Si : 0.5이하, Mn : 1.0이하, S : 0.015이하, Ni : 58.0 - 63.0, Cr : 21.0 - 25.0, Cu : 1.0이하, Al : 1.0 - 1.7, Fe : 나머지의 구성 성분을 가지는 합금이다. MORE 1은 C : 0.3 - 0.5, Si : 2.0이하, Mn : 2.0이하, P : 0.04이하, S : 0.04이하, Ni : 31.0 - 35.0, Cr : 26.0 - 30.0, Mo : 0.5이하, W : 1.0 - 2.0, Fe : 나머지의 구성 성분을 가지는 합금이다. 그리고, MORE 2는 C : 0.3이하, Si : 0.5이하, Mn : 0.5이하, P : 0.04이하, S : 0.04이하, Ni : 48.0이하, Cr : 32.0 - 36.0, Mo : 0.5이하, W : 14.0 - 17.0, Co : 2.0 - 4.0, Fe : 나머지의 구성 성분을 가지는 합금이다. 그러나, 방사관 내외부의 압력차와 재질의 특성과 운전 조건에 의해 산화에 의한 열화로 찌그러짐, 파공 및 표피 이탈의 현상(도 9 참조)과 더불어 열팽창 및 자중에 의한 변형으로 파손이 발생하여 제품 불량의 원인 및 생산성 저하로 경쟁력약화를 야기하고 있다. 종래에는 주로 주물로 제작된 방사관을 사용하고 있는데 주물의 경우 무게가 무거워 열에 의한 처짐이 더욱 문제를 야기시켜 왔다. 이를 보완하기 위해 방사관에 연결고리(71)와 곡관부 지지대를 설치하여 개선하려 했으나, 연결고리(71)의 이탈현상과 곡관부 지지대의 지지부의 찌그러짐 등이 발생 새로운 문제를 야기시키고 있다. 도 9 및 도 10은 종래의 MORE 1, 2 재질을 이용한 원심주조 라디언트 튜브에서 하부 곡관부(Lower Elbow)와 상부 곡관부(Upper Elbow)를 연결하는 주물 제품에서 열에 의한 변형으로 이탈현상이 발생하여, 하부로 처지는 변형 일으킨 결함을 나타낸 사진이다.
또한, 복수의 직관부 및 곡관부를 포함하는 라디언트 튜브에서는 고온의 연소가스가 통과하는 직관부의 온도는 통상 버너측에 연결된 직관부에서 가장 높고 버너측으로부터 연소가스 배출구측으로 갈 수록 직관부의 온도가 저하되어 상하로 배치된 직관부들 사이에서의 온도 편차가 발생하게 되고, 이에 따라 직관부들 사이에서의 열팽창량이 달라지게 되어 고정식 연결고리의 이탈현상이 발생된다.
또한, 버너 연결부위의 직관부에서의 온도가 가장 높아 다른 직관부들보다도 열팽창량이 커지게 되어 변형이 쉽게 일어나서 라디언트 튜브의 전체적인 변형을 야기시키는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 고려하여, 라디언트 튜브의 직관부들의 연결지지대의 구조를 개선하여 열팽창에도 길이방향 및 상하간 수축팽창이 가능한 방식으로 변경하여 이탈현상을 방지할 수 있는 연결지지대를 제공하기 위한 것이다.
또한, 버너 연결부위의 직관부에서의 과도한 열팽창에 따른 라디언트 튜브의 변형을 개선하기 위한 것이다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따른 라디언트 튜브는, 직관부 및 곡관부를 포함하는 라디언트 튜브에 있어서, 상하로 배치된 2개의 직관부들을 서로 연결하여 상기 직관부들의 온도 편차에 따른 변형을 상,하 및 좌,우로 흡수할 수 있는 랩 조인트(Lap Joint) 타입의 연결지지대를 포함한다. 이와 같이 랩 조인트 타입의 연결지지대에 의해 상하 직관부들을 서로 연결시키면, 상부 직관부가 하부 직관부를 끌어올리는 작용을 하게 되어 중량 분산이 효율적으로 이루어질 수 있다.
상기 본 발명의 제1 측면에 따른 라디언트 튜브에서의 상기 랩 조인트 타입의 연결지지대는 상하로 배치된 2개의 직관부중 어느 한쪽의 직관부에 부착되며, 직관부의 길이방향에 수직한 방향의 양 측면에 관통구멍들이 형성된 제1 원통; 다른 한쪽의 직관부에 부착되며, 상기 제1 원통의 측면 관통구멍에 대응하는 위치에 장방형 구멍들이 형성되며, 상기 제1 원통의 내측 또는 외측에 끼워지는 제2 원통; 및 상기 제1 원통의 측면 관통구멍들과 상기 제2 원통의 측면 장방형 구멍들을 관통하여 상기 제1 원통 및 상기 제2 원통을 결합시키는 결합부재로 이루어질 수 있다.
상기 본 발명의 라디언트 튜브에서, 상기 제1 원통의 직경과 상기 제2 원통의 직경의 차는 약 24mm인 것이 바람직하며, 제1 원통 및 제2 원통의 어느 쪽의 직경이 커도 좋다.
상기 본 발명의 라디언트 튜브에서, 상기 제1 원통의 관통구멍의 직경(d1) 및 상기 제2 원통의 장방형 구멍의 단축방향의 직경(d2) 중 적어도 하나 이상이 상기 결합부재 단면의 수직방향의 치수(H) 보다 큰 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 라디언트 튜브에서, 상기 제1 원통의 관통구멍의 직경(d1) 및 상기 제2 원통의 장방형 구멍의 단축방향의 직경(d2) 중 적어도 하나 이상이 상기 결합부재의 수직방향의 높이(H) 보다 약 3mm 큰 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 라디언트 튜브에서, 상기 제2 원통의 측면에 형성된 장방형 구멍의 길이(L)가 상기 결합부재 단면의 수평방향의 치수(W) 보다 약 30mm 큰 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 라디언트 튜브에서, 상기 랩 조인트 타입의 연결지지대는 직관부들 연결하는 곡관부의 맞은편 끝에 설치될 수 있다.
상기 본 발명의 라디언트 튜브에서, 상기 직관부들의 상기 제1 원통 및 제2 원통 부착부위에 각각 패드(pad)를 설치한 다음에 상기 제1 원통 및 제2 원통을 부착시킬 수 있다. 이와 같이, 직관부에 패드를 설치한 후 연결지지대의 원통들을 부착시키면, 중량분산의 효과를 극대화할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 라디언트 튜브의 곡관부에는 곡관부에 부착되는 제3 원통; 및 상기 제3 원통의 내측 또는 외측에 끼워지며, 라디언트 튜브의 본체 프레임 또는 지지 구조체에 부착되는 제4 원통으로 이루어지는 제1 지지대를 포함한다. 상기 제1 지지대에서는 제3 원통과 제4 원통이 미끄럼 선접촉으로 결합되기 때문에 슬라이딩 이동이 용이하게 되어 라디언트 튜브의 직관부 및 곡관부에서의 수평방향의 변형을 흡수할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 제2 측면에 따르면, 라디언트 튜브의 곡관부에는 곡관부에 부착되는 채널부재; 및 상기 채널부재가 내측에 수납되며, 라디언트 튜브의 본체 프레임 또는 지지 구조체에 부착되는 사각통부재로 이루어지는 제2 지지대를 포함한다. 상기 제2 지지대에서는 채널부재의 밑면에 적어도 하나 이상의 환봉 또는 파이프부재가 부착될 수 있다. 채널부재의 밑면에 환봉 또는 관형상 부재가 부착된 경우에는 상기 채널부재와 상기 사각통부재가 미끄럼 선접촉으로 결합되기 때문에 슬라이딩 이동이 용이하게 되어 라디언트 튜브의 직관부 및 곡관부에서의 수평방향의 변형을 흡수할 수 있게 된다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 직관부 및 곡관부를 포함하는 라디언트 튜브에 있어서, 상하로 배치된 2개의 직관부들을 서로 연결하여 상기 직관부들의 온도 편차에 따른 변형을 상,하 및 좌,우로 흡수할 수 있는 랩 조인트 타입의 연결지지대를 포함하며, 직관부들중 버너가 연결되는 직관부의 버너 연결 부위에 팽창 조인트(expansion joint)를 설치할 수 있다. 버너가 연결되는 직관부의 버너 연결 부위에 팽창 조인트를 설치하면, 열팽창에 의한 길이 방향의 변화를 흡수하고 진동을 흡수시켜 라디언트 튜브의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 직관부 및 곡관부를 포함하는 라디언트 튜브에 있어서, 직관부들 중 버너가 연결되는 직관부와 연소가스가 배출되는 직관부에서의 본체 프레임의 연결부위에 각각 상기 직관부들이 끼워지는 보강관이 설치될 수 있다. 직관부들 중 본체 프레임과 연결되는 부위의 직관부는 하중을 많이 받게 되어 변형이 쉽게 일어나므로, 직관부 위에 소정길이의 보강관을 끼워서 함께 용접 등에 의해 결합시켜 본체 프레임에 장착하면 라디언트 튜브의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명에 따른 라디언트 튜브는 랩 조인트 타입의 연결지지대에 의해 상하로 배치된 직관부들을 결합시켜 열팽창에도 길이방향 및 상하간 수축팽창이 가능한 방식으로 변경하여 연결지지대의 이탈현상이 방지되고 중량 분산이 효과적으로 이루어질 수 있으며, 버너 연결부위에 설치된 팽창 조인트에 의해 열팽창에 의한 길이 방향의 변화를 흡수하고 진동을 흡수시켜 방사관의 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 라디언트 튜브를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 라디언트 튜브에서의 랩 조인트 타입의 연결지지대를 나타내는 도면으로서, 도 1의 I-I 방향에서 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 라디언트 튜브에서의 랩 조인트 타입의 연결지지대의 패드를 나타내는 도면으로서, 도 2의 II-II 방향에서 본 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 라디언트 튜브의 랩 조인트 타입의 연결지지대에서의 제1 원통, 제2 원통 및 결합부재의 조립상태를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 라디언트 튜브의 직관부에 패드를 부착시키는 것을 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 라디언트 튜브의 직관부에 패드를 부착시킨 후 제1 원통 또는 제2 원통을 부착시키는 것을 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 라디언트 튜브의 상하로 배치되는 직관부들을 연결지지대로 결합시킨 상태를 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 라디언트 튜브의 곡관부에 설치되는 제2 지지대를 나타내는 도면이다.
도 9는 종래의 라디언트 튜브에서의 하부 직관부가 열변형된 상태를 나타낸 사진이다.
도 10은 종래의 라디언트 튜브에서의 연결고리가 이탈된 상태를 나타낸 사진이다.
전술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다.
특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 '∼사이에'와 '바로 ∼사이에' 또는 '∼에 인접하는'과 '∼에 직접 인접하는' 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전의 정의 되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 라디언트 튜브를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 라디언트 튜브에서의 랩 조인트(Lap Joint) 타입의 연결지지대(30)를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 라디언트 튜브는 복수의 직관부(11, 12, 13, 14)와 복수의 곡관부(21, 22, 23)를 포함하며, 상하로 배치된 직관부들의 단부들은 곡관부들에 의해 연결되며, 제2 직관부(12)와 제3 직관부(13)는 곡관부(22)의 맞은 편쪽에서 서로 랩 조인트 타입의 연결지지대(30)에 의해 연결된다. 상기 연결지지대(30)은 직관부(12, 13)의 중간부에 설치될 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 랩 조인트 타입의 연결지지대(30)는 상하로 배치된 2개의 직관부중 어느 한쪽의 직관부(13)에 부착되며, 직관부의 길이방향에 수직한 방향의 양 측면에 관통구멍들(32)이 형성된 제1 원통(31); 다른 한쪽의 직관부(12)에 부착되며, 상기 제1 원통(31)의 측면 관통구멍(32)에 대응하는 위치에 장방형 구멍들(34)이 형성되며, 상기 제1 원통의 내측 또는 외측에 끼워지는 제2 원통(33); 및 상기 제1 원통의 측면의 관통구멍들(32)과 상기 제2 원통의 측면의 장방형 구멍들(34)을 관통하여 상기 제1 원통 및 상기 제2 원통을 결합시키는 결합부재(37)로 이루어진다.
상기 제1 원통(31) 및 제2 원통(33)은 직관부(13) 및 직관부(12)에 예를 들어 용접에 의해 부착시킨다. 이때, 상기 제1 원통(31) 및 제2 원통(33)을 직접 직관부(12, 13)에 용접할 수도 있지만, 중량분산의 효과를 극대화하기 위하여 먼저 직관부(12, 13)의 원통부착부위에 패드(pad)를 가용접시킨 다음에(도 5 참조), 원통을 직관부에 용접하는 것이 바람직하다(도 6 참조). 패드를 직관부에 용접시킬 때는 약 10mm 정도는 용접을 하지 않음으로써 용접가스 등의 배출을 용이하게 하는 것이 바람직하다. 상기 패드는 직관부의 재질과 동일재질의 자재를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제1 원통(31)의 직경과 상기 제2 원통(33)의 직경의 차는 약 24mm인 것이 바람직하다. 상기 양 원통의 직경차가 약 24mm 정도 유지되어야 상부 직관부(13)와 하부 직관부(12)의 온도 편차에 따른 수평방향의 변형을 흡수할 수 있게 된다. 이 경우, 제1 원통(31)의 직경이 제2 원통(33)의 직경보다 커도 좋고, 그 반대라도 좋다.
상부 직관부(13)와 하부 직관부(12)의 온도 편차에 따른 수평방향의 변형을 보다 효과적으로 흡수하기 위하여는 상기 제2 원통(33)의 측면에 형성된 장방형 구멍(34)의 길이(L)가 상기 결합부재 단면의 수평방향의 치수(W) 보다 약 30mm 큰 것이 바람직하다. 이 경우, 장방형의 구멍은 제1 원통에 형성되어도 좋다.
한편, 상하로 배치된 라디언트 튜브의 2개의 직관부(12, 13) 사이에서의 온도 편차에 의한 상하 변형을 흡수하기 위하여는 상기 제1 원통(31)의 관통구멍(32)의 직경(d1) 및 상기 제2 원통(33)의 장방형 구멍(34)의 단축방향의 직경(d2) 중 적어도 하나 이상이 상기 결합부재(37) 단면의 수직방향의 치수(H) 보다 큰 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제1 원통(31)의 관통구멍(32)의 직경(d1) 및 상기 제2 원통의 단축방향의 직경(d2) 중 적어도 하나 이상이 상기 결합부재의 수직방향의 높이(H) 보다 약 3mm 큰 것이 더 바람직하다. 상기 결합부재(37)는 어떠한 형상으로 이루어질 수도 있으나, 원통형 파이프 또는 원통형 바 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 제1 원통(31)의 관통구멍(32)의 직경(d1)은 결합부재(37)의 수직단면의 치수(예를 들어, 직경)(H)와 같거나 약간 크고, 상기 제2 원통(33)의 장방형 구멍(34)의 단축방향의 직경(d2)은 결합부재(37)의 수직단면의 치수(예를 들어, 직경)(H) 보다 약 3mm 큰 것이 바람직하다. 예를 들어, 결합부재(37)의 직경(H)이 25 mmm인 경우에는 제2 원통(33)의 장방형 구멍의 단축방향의 직경(d2)는 28 mm인 것이 바람직하다.
랩 조인트 타입의 연결지지대의 결합은 다음과 같이 이루어진다(도 5 내지 도 7 참조). 먼저, 제1 원통(31) 및 제2 원통(33)을 직관부(12, 13)에 용접시킨후에, 제1 원통(31)의 내측에 제2 원통(33)을 끼우거나 제2 원통(33)의 내측에 제1 원통(31)을 끼운다. 그 다음에 제1 원통(31)의 관통구멍(32)과 제2 원통의 장방형 구멍(34)을 정렬시키고 나서, 결합부재(37)를 상기 구멍들(32, 34)을 관통시킨다. 그 다음에 결합부재(37)의 양단부에 상기 구멍(32, 34)의 크기보다 큰 와셔(38)를 용접시키거나, 결합부재(37)의 양단부를 확장시켜 상기 구멍(32, 34)으로부터 빠져나가지 않도록 만들어서 연결지지대(30)의 결합을 완료한다.
또한, 직관부들의 단부를 연결하는 곡관부가 지지대 없이 자유단 형태로 유지될 경우에는 하부의 직관부들, 예를 들어, 제1 직관부(11) 및 제2 직관부(12)에 하중이 집중되어 변형을 초래하고, 이는 라디언트 튜브 전체의 변형으로 이어져서 라디언트 튜브의 수명이 단축되는 문제가 있기 때문에 곡관부에 적절하게 지지대를 설치하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 라디언트 튜브의 곡관부(22)에는 곡관부에 부착되는 제3 원통(26); 및 상기 제3 원통의 내측 또는 외측에 끼워지며, 라디언트 튜브의 본체 프레임(60) 또는 지지 구조체(미도시)에 부착되는 제4 원통(27)으로 이루어지는 제1 지지대(24)를 포함한다(도 1 참조). 상기 제1 지지대(24)에서는 제3 원통(26)과 제4 원통(27)이 미끄럼 선접촉으로 결합되기 때문에 슬라이딩 이동이 용이하게 되어 라디언트 튜브의 직관부 및 곡관부에서의 수평방향의 변형을 흡수할 수 있게 된다. 상기 제1 지지대(24)는 모든 곡관부에 설치될 수 있으므로, 곡관부(21, 23)에도 설치될 수 있다.
상기 제3 원통(26)은 곡관부(22)에 예를 들어 용접에 의해 부착시킨다. 이때, 상기 제3 원통(26)을 직접 곡관부(22)에 용접할 수도 있지만, 중량분산의 효과를 극대화하기 위하여 먼저 곡관부(22)의 제3 원통 부착부위에 패드를 가용접시킨 다음에, 제3 원통(26)을 곡관부(22)에 용접하는 것이 바람직하다. 패드를 곡관부에 용접시킬 때는 약 10mm 정도는 용접을 하지 않음으로써 용접가스 등의 배출을 용이하게 하는 것이 바람직하다. 상기 패드는 곡관부의 재질과 동일재질의 자재를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 라디언트 튜브의 곡관부(23)에는 곡관부에 부착되는 채널부재(28); 및 상기 채널부재가 내측에 수납되며, 라디언트 튜브의 본체 프레임 또는 지지 구조체에 부착되는 사각통부재(29)로 이루어지는 제2 지지대(25)를 포함한다. 상기 제2 지지대(25)에서는 채널부재의 밑면에 적어도 하나 이상의 환봉(28a) 또는 관형상 부재가 부착될 수 있다(도 8 참조). 채널부재의 밑면에 환봉 또는 관형상 부재가 부착된 경우에는 채널부재(28)와 사각통부재(29)가 미끄럼 선접촉으로 결합되기 때문에(도 8의 단면 A-A' 참조), 슬라이딩 이동이 용이하게 되어 라디언트 튜브의 직관부 및 곡관부에서의 수평방향의 변형을 흡수할 수 있게 된다. 상기 제2 지지대(25)는 모든 곡관부에 설치될 수 있으므로, 곡관부(21, 22)에도 설치될 수 있다.
상기 채널부재(28)는 곡관부(23)에 예를 들어 용접에 의해 부착시킨다. 이때, 상기 채널부재(28)를 직접 곡관부(23)에 용접할 수도 있지만, 중량분산의 효과를 극대화하기 위하여 먼저 곡관부(23)의 채널부재 부착부위에 패드를 가용접시킨 다음에, 채널부재(28)를 곡관부(23)에 용접하는 것이 바람직하다. 패드를 곡관부에 용접시킬 때는 약 10mm 정도는 용접을 하지 않음으로써 용접가스 등의 배출을 용이하게 하는 것이 바람직하다. 상기 패드는 곡관부의 재질과 동일재질의 자재를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 직관부들 중 버너가 연결되는 직관부는 연소가스의 온도가 가장 높아서 열팽창이 가장 크게 일어나서 라디언트 튜브의 전체적인 변형을 유발할 수 있기 때문에, 버너 연결 부위의 직관부에서의 변형을 흡수할 수 있는 구조가 요구된다. 따라서, 제1 직관부(11)에서 버너(40) 연결부위에 열팽창 변형을 흡수할 수 있는 팽창 조인트(expansion joint)(50)를 설치하는 것이 바람직하다. 버너(40)가 연결되는 직관부(11)의 버너 연결 부위에 팽창 조인트(50)를 설치하면, 열팽창에 의한 길이 방향의 변화를 흡수하고 진동을 흡수시켜 라디언트 튜브의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 직관부들 중 본체 프레임과 연결되는 부위의 직관부는 하중을 많이 받게 되어 변형이 쉽게 일어나므로, 연결부위 직관부의 강도를 보강할 수 있는 구조가 요구된다. 따라서, 직관부들 중 버너가 연결되는 직관부(11)와 연소가스가 배출되는 직관부(14)에서의 본체 프레임의 연결부위에 각각 상기 직관부들이 끼워지는 보강관(81, 82)을 설치하는 것이 바람직하다. 상기 보강관(81, 82)의 내경은 직관부(11, 14)의 외경이 끼워맞처질 수 있는 크기이면 충분하다. 상기 보강관(81, 82)의 내경은 직관부(11, 14)에 중간 끼워맞춤 또는 헐거운 끼워맞춤을 할 수 있는 크기인 것이 바람직하다. 상기 보강관(81, 82)의 길이는 본체 프레임(60)에 장착할 수 있는 소정 길이이면 충분하다.
이어서, 본 발명에 따른 라디언트 튜브의 작용, 효과를 설명하기로 한다.
Ni/Cr 합금의 UNS N06601 또는 MORE 1, 2로 제작된 라디언트 튜브의 경우, 고온의 연소가스가 통과하는 직관부의 온도는 통상 버너측에 연결된 제1 직관부에서는, 예를 들어, 약 1150℃, 제1 직관부 다음의 제2 직관부에서는 약 1100℃, 제2 직관부 다음의 제3 직관부에서는 약 1050℃, 제3 직관부 다음의 제4 직관부에서는 약 1000℃를 나타낸다.
예를 들어, UNS N06601로 제작된 라디언트 튜브의 제1 직관부(11)에서의 열팽창량과 제4 직관부(14)에서의 열팽창량을 비교해 보기로 한다.
주위온도가 20℃이고, UNS N06601의 열팽창 계수가 14.9 x 10-6 mm/℃이고, 라디언트 튜브의 직관부의 길이가 3000mm인 경우, 제1 직관부(11)와 제4 직관부(14)에서의 열팽창량은 각각 다음과 같다.
a. 제1 직관부(11)의 열팽창량 = 열팽창계수x직관부 길이x상온과 온도차
= 14.9 x 10-6 mm/℃ x 3000mm x (1150℃ - 20℃)
= 50.51 mm
b. 제4 직관부(14)의 열팽창량 = 열팽창계수x직관부 길이x상온과 온도차
= 14.9 x 10-6 mm/℃ x 3000mm x (1000℃ - 20℃)
= 43.81 mm
제1 직관부(11)와 제4 직관부(14)에서의 열팽창량의 차이는
50.51mm - 43.81 mm = 6.70 mm의 차이를 나타낸다.
그런데, 전술한 바와 같이, 본 발명의 라디언트 튜브에 따르면, 상하로 배치된 직관부들을 연결하는 구조가 고정식이 아니라 소정의 직경차를 가지는 2개의 원통(31, 33)을 끼우고 이들 원통을 각각 양 측면에 형성된 관통구멍(32) 및 장방형 구멍(34)으로 결합부재를 관통시켜 결합하는 슬라이딩 이동이 가능한 랩 조인트 타입의 연결지지대(30)를 포함하고 있다. 이에 따라, 상기와 같은 직관부들 사이의 온도 편차에 따른 열팽창량의 차이로 인하여 야기되는 구조물의 변형을 랩 조인트 타입의 연결지지대가 흡수할 수 있게 된다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 제1 직관부(11)와 제4 직관부(14)에서의 열팽창량의 차이가 6.70 mm임에 비하여, 상기 제1 원통(31)과 상기 제2 원통(33)의 직경차가 약 24 mm이고, 장방형 구멍(34)의 길이(L)와 결합부재의 수평방향의 치수(W)의 차가 약 30 mm이기 때문에 직관부들에서의 열팽창량의 차이를 랩 조인트 타입의 연결지지대(30)가 좌,우 슬라이딩 이동에 의해 충분히 흡수할 수 있게 되는 것이다.
또한, 제2 직관부(12)와 제3 직관부(13)는 온도 편차에 따라 열팽창률이 상이하여 상하로 변형이 발생할 수 있는데, 전술한 바와 같이 상기 제1 원통(31)의 관통구멍(32)의 직경(d1) 및 상기 제2 원통(33)의 장방형 구멍(34)의 단축방향의 직경(d2) 중 적어도 하나 이상이 상기 결합부재 단면의 수직방향의 치수(H) 보다 크므로(바람직하기로는 약 3 mm 크다), 직관부들에서의 상하 방향의 변형을 흡수할 수 있는 것이다.
또한, 곡관부(22)에 제1 지지대(24)를 설치하여 제1 직관부(11) 및 제2 직관부(12)에 하중이 집중되어 변형을 초래하는 것을 방지하게 된다. 이 경우, 곡관부(22)에 설치되는 제1 지지대(24)는 제3 원통(26)과 제4 원통(27)이 미끄럼 선접촉으로 결합되기 때문에 슬라이딩 이동이 용이하게 되어 라디언트 튜브의 직관부 및 곡관부에서의 수평방향의 변형을 흡수할 수 있게 된다. 상기 제1 지지대(24)는 곡관부(21, 23)에도 설치될 수 있다.
또한, 곡관부(23)에 제2 지지대(25)를 설치하여 제1 직관부(11) 및 제2 직관부(12)에 하중이 집중되어 변형을 초래하는 것을 방지하게 된다. 이 경우, 곡관부(23)에 설치되는 제2 지지대(25)는 곡관부에 부착되는 채널부재(28); 및 상기 채널부재가 내측에 수납되며, 라디언트 튜브의 본체 프레임 또는 지지 구조체에 부착되는 사각통부재(29)로 이루어지며, 채널부재(28)의 밑면에 적어도 하나 이상의 환봉 또는 관형상 부재(28a)가 부착될 수 있다. 채널부재의 밑면에 환봉 또는 관형상 부재(28a)가 부착된 경우에는 채널부재(28)와 사각통부재(29)가 미끄럼 선접촉으로 결합되기 때문에 슬라이딩 이동이 용이하게 되어 라디언트 튜브의 직관부 및 곡관부에서의 수평방향의 변형을 흡수할 수 있게 된다. 상기 제2 지지대(25)는 모든 곡관부에 설치될 수 있다.
또한, 버너(40)가 연결되는 제1 직관부(11)에서 열팽창 변형을 흡수할 수 있는 팽창 조인트(expansion joint)(50)를 설치하여, 열팽창에 의한 길이 방향의 변화를 흡수하고 진동을 흡수시켜 라디언트 튜브의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 직관부들 중 버너가 연결되는 직관부(11)와 연소가스가 배출되는 직관부(14)에서의 본체 프레임의 연결부위에 각각 상기 직관부들이 끼워지는 보강관(81, 82)을 설치하여 직관부의 강도를 보강함으로써, 라디언트 튜브의 수명을 연장시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
11, 12, 13, 14 : 직관부 21, 22, 23 : 곡관부
24, 25 : 지지대 26 : 제3 원통
27 : 제4 원통 28 : 채널부재
28a : 환봉 29 : 사각통부재
30 : 랩 조인트 타입의 연결지지대 31 : 제1 원통
32 : 관통구멍 33 : 제2 원통
34 : 장방형 구멍 35, 36 : 패드부
37 : 결합부재 38 : 와셔
40 : 버너 50 : 팽창 조인트
60 : 본체 프레임 71 : 연결고리
81, 82 : 보강관 d1 : 관통구멍의 직경 d2 : 장방형 구명의 단축 직경 H : 결합부재의 수직방향 치수 L : 장방형 구멍의 길이 W : 결합부재의 수평방향 치수

Claims (15)

  1. 직관부 및 곡관부를 포함하는 라디언트 튜브에 있어서,
    상하로 배치된 2개의 직관부들을 서로 연결하여 상기 직관부들의 온도 편차에 따른 변형을 상,하 및 좌,우로 흡수할 수 있는 랩 조인트(Lap Joint) 타입의 연결지지대를 포함하는
    라디언트 튜브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 랩 조인트 타입의 연결지지대는 상하로 배치된 2개의 직관부 중 어느 한쪽의 직관부에 부착되며, 직관부의 길이방향에 수직한 방향의 양 측면에 관통구멍들이 형성된 제1 원통; 다른 한쪽의 직관부에 부착되며, 상기 제1 원통의 측면 관통구멍에 대응하는 위치에 장방형 구멍들이 형성되며, 상기 제1 원통의 내측 또는 외측에 끼워지는 제2 원통; 및 상기 제1 원통의 측면 관통구멍들과 상기 제2 원통의 측면 장방형 구멍들을 관통하여 상기 제1 원통 및 상기 제2 원통을 결합시키는 결합부재로 이루어지는
    라디언트 튜브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 원통의 직경과 상기 제2 원통의 직경의 차는 약 24mm인
    라디언트 튜브.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 원통의 관통구멍의 직경(d1) 및 상기 제2 원통의 장방형 구멍의 단축방향의 직경(d2) 중 적어도 하나 이상이 상기 결합부재 단면의 수직방향의 치수(H) 보다 큰
    라디언트 튜브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 원통의 관통구멍의 직경(d1) 및 상기 제2 원통의 장방형 구멍의 단축방향의 직경(d2) 중 적어도 하나 이상이 상기 결합부재의 수직방향의 높이(H) 보다 약 3mm 큰
    라디언트 튜브.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 원통의 측면에 형성된 장방형 구멍의 길이(L)가 상기 결합부재 단면의 수평방향의 치수(W) 보다 약 30mm 큰
    라디언트 튜브.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 랩 조인트 타입의 연결지지대는 직관부들 연결하는 곡관부의 맞은편 끝에 설치되는
    라디언트 튜브.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 직관부들의 상기 제1 원통 및 제2 원통 부착부위에 각각 패드를 설치한 다음에 상기 제1 원통 및 제2 원통을 부착시키는
    라디언트 튜브.
  9. 직관부 및 곡관부를 포함하는 라디언트 튜브에 있어서,
    곡관부에 부착되는 제3 원통; 및 상기 제3 원통의 내측 또는 외측에 끼워지며, 라디언트 튜브의 본체 프레임 또는 지지 구조체에 부착되는 제4 원통으로 이루어지는 제1 지지대를 포함하는
    라디언트 튜브.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 곡관부의 상기 제3 원통 부착부위에 패드를 설치한 다음에 상기 제3 원통을 부착시키는
    라디언트 튜브.
  11. 직관부 및 곡관부를 포함하는 라디언트 튜브에 있어서,
    곡관부에 부착되는 채널부재; 및 상기 채널부재가 내측에 수납되며, 라디언트 튜브의 본체 프레임 또는 지지 구조체에 부착되는 사각통부재로 이루어지는 제2 지지대를 포함하는
    라디언트 튜브.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 곡관부의 상기 채널부재 부착부위에 패드를 설치한 다음에 상기 채널부재를 부착시키는
    라디언트 튜브.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제2 지지대의 채널부재의 밑면에 적어도 하나 이상의 환봉 또는 관형상 부재가 부착되는
    라디언트 튜브.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 직관부들중 버너가 연결되는 직관부의 버너 연결 부위에 팽창 조인트를 설치하는
    라디언트 튜브.
  15. 직관부 및 곡관부를 포함하는 라디언트 튜브에 있어서,
    상기 직관부들 중 버너가 연결되는 직관부와 연소가스가 배출되는 직관부에서의 본체 프레임의 연결부위에 각각 상기 직관부들이 끼워지는 보강관이 설치되는
    라디언트 튜브.
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